操作系统知识整理4：进程通信，信号量，死锁

一、基本概念

1.同步与互斥

   同步：两个或两个以上进程要协作完成一个任务。

   互斥：两个或两个以上进程竞争一个资源。

2.临界段

   临界资源：一段时间内只允许一个进程访问的资源。

   临界段：进程访问临界资源的程序段

二、信号量

1.操作

（1）初始化操作，信号量能初始化为非负的值。

（2）semWait操作，能减小信号量的值，如结果值为负，执行semWait操作的进程就被封锁。

（3）semSignal操作，能增加信号量的值，如果结果值非正，那么原先因执行semWait操作而阻塞的进程被解除阻塞。

2.信号量实现互斥

       semWait(s)

       临界段

       semSignal(s)

3.信号量实现同步

       由进程A semWait，进程BsemSignal

4.生产消费者问题

       buffers：缓冲区的大小

       mutex：互斥信号量

       product：有无产品

       生产者：

              while(){

                     produce new product;

                     semWait(buffers);

                     semWait(mutex);

                     put product into buffers;

                     semSignal(mutex);

                     semSignal(products);

}

消费者：

       while(){

              semWait(products);

                     semWait(mutex);

              getproduct from buffers;

                     semSignal(mutex);

              semSignal(buffers);

              consumeproduct;

}

5.读者/写者问题

读者进程之间不需要互斥，但写进程必须与其他所有写进程和读进程互斥。

信号量：mutex（互斥信号量），wrt，count（计数器）

写进程：

       while(){         

              semWait(wrt);

              write information;

              semSignal(wrt);

}

读进程：

       while(){

              semWait(mutex);

              if (++count == 1)

                     semWait(wrt);

              semWait(mutex)

              read information;

              semSignal(mutex);

              if ( --count == 0)

                     semSignal(wrt);

              semSignal(mutex);

}

三、进程间数据通信

1.消息通信

       一个进程要向另一个进程发送消息，先要向系统申请一个缓冲区，填写了消息正文和其他有关消息的特征、控制信息后，通过消息通信机构将该消息送到接收其他消息队列中。

       接收进程在一个适当时机从消息队列中移出一个消息，读取所有的信息后，再释放消息缓冲区。

2.共享存储区

3.管道

四、死锁

1.死锁产生原因

       几个进程各自占了对方要的资源

2.产生死锁的条件

（1）互斥执行

       每次只能允许一个进程占有和使用一个资源，其他申请该资源的进程被阻塞。

（2）保持并等待

       当进程等待分配给它新的资源时，保持占有已分配的资源。

（3）不可剥夺

       不能强迫移去进程占有的未使用完的资源。

（4）循环等待

       存在一个闭合的进程──资源链，以致每一个进程至少占有链中下一个进程所需要的一个资源。

3.死锁的预防

（1）互斥执行

       无法预防。

（2）保持并等待

       进程一次申请它所有需要的资源。

（3）不可剥夺

       如果进程不能获得进一步的资源，要求其释放原先占有的资源。

（4）循环等待

       资源排序，如果一个进程已经占有了资源A，那么它接下来只能申请排在A后面的资源。

       此外还有银行家算法用于死锁避免，Coffman算法用于死锁检测。

4.死锁解除

（1）强迫撤销所有死锁进程

（2）逐个撤销死锁进程

（3）相继剥夺进程所占资源